CN102007669A - 永磁电动机、密闭式压缩机以及制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁电动机，转子(12)中的各狭缝(54)的内周侧端部与各磁铁收容孔(52)的间隔设定得小，并且各狭缝的外周侧端部与转子(12)的外周缘的间隔设定得小。而且，配合与各狭缝(54)的外周侧端部的位置(θ1、θ2、...θn)相对应的半正弦波的面积的比例，对各狭缝(54)的内周侧端部的相互间隔(Wn)进行分配。

Description

永磁电动机、密闭式压缩机以及制冷循环装置

技术领域

本发明涉及一种包括具有绕组线的定子及具有永久磁铁的转子的永磁电动机(permanent magnet motor)、收纳着该永磁电动机的密闭式压缩机、以及具有该密闭式压缩机的制冷循环(cycle)装置。

背景技术

永磁电动机包括具有绕组线(winding wire)的定子及具有永久磁铁的转子。该转子的旋转轴插通在将圆形的多块钢板加以堆叠而成的转子铁心的中心部，在包围该旋转轴的位置具有多个直线状的磁铁收容孔。这些磁铁收容孔具有沿着旋转轴来将转子铁心予以贯通的深度形状，并分别收容着永久磁铁。借由这些永久磁铁的磁场与定子的绕组线所产生的磁场的相互作用，对于转子产生旋转力。

作为如上所述的永磁电动机的例子，存在如下的永磁电动机：如图10所示，在转子中的各磁铁收容孔的外侧位置形成多个狭缝(slit)，借由这些狭缝的低导磁率功能来使永久磁铁的磁通量集中在转子的中央部侧，从而使转矩(torque)增大(例如日本专利特开2005-94968号公报)。

即，在图10中，100为转子，且包括：将圆形的多块钢板加以堆叠而成的转子铁心101、形成在该转子铁心101的中心部的旋转轴插通孔101a、以及在包围该旋转轴插通孔101a的大致正方形的四条边的位置分别形成的直线状的磁铁收容孔102。各磁铁收容孔102具有沿着旋转轴插通孔101a来将转子铁心101予以贯通的深度形状。在这些磁铁收容孔102中收容着板状的永久磁铁103，借由这些永久磁铁103的磁场与定子侧的绕组线所产生的磁场的相互作用，使转子铁心101旋转。而且，在转子铁心101中的各磁铁收容孔102的外侧位置，且沿着转子铁心101的圆周方向而依序形成有多个狭缝104。

各狭缝104具有沿着转子铁心101的直径方向的细长形状，并且具有沿着旋转轴插通孔101a来将转子铁心予以贯通的深度形状，在与各个永久磁铁103相对应的位置分别设置有12个狭缝104。

另外，如将一部分予以放大的图11所示，对于各狭缝104而言，转子铁心101的直径方向的内周侧端部与磁铁收容孔102的间隔被设定得小，并且转子铁心101的直径方向的外周侧端部与转子铁心101的外周缘的间隔被设定得小。根据这些设定，各狭缝104彼此之间的部分被确保为磁路，永久磁铁103的磁通量会效率良好地通过该磁路。

另外，各狭缝104的外周侧端部的相互间隔在永久磁铁103的宽度内被均等地设定，内周侧端部的相互间隔被设定成从永久磁铁103的宽度的中央部向两侧部，按照P1、P2、P3、P4、P5、P6(P1＞P2＞P3＞P4＞P5＞P6)逐渐变小的状态。P7表示与永久磁铁103的两侧部各别对应的狭缝104的内周侧端部与永久磁铁103的两侧部的间隔。

在图12中，由0°～180°的电角(electrical angle)来表示各永久磁铁103的宽度，将相互间隔P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7分配给与所述0°～180°的电角相同的电角的半正弦波(half sinusoidal wave)。即，通过各狭缝104的彼此之间的部分的磁通量数取决于与该彼此之间的部分所对应的磁铁的量(宽度)，因此，配合所述半正弦波的高度来分别对彼此之间的间隔P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7进行设定，借此来使定子绕组线所引发的电压成为正弦波状，从而使振动以及噪音减少。

但是，若仅使各狭缝104的内周侧端部的相互间隔P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7与半正弦波的高度相一致，则难以适当地对通过各狭缝104的彼此之间的部分的磁路的磁通量数进行设定，如图13所示，在定子的绕组线所引发的电压中产生了大量的波纹(ripple)。

特别是在各狭缝104的外周侧端部的相互间隔(磁路宽度)大的情况下，即使转子铁心101与定子的绕组线安装用的齿部的相对位置由于旋转而稍微改变，通过转子铁心101与定子之间的磁通量数也不会产生大变化。在图14以及图15中，通过实验来确定上述情况下的转子铁心101以及定子中的磁通量分布。110为定子的齿部，在该齿部110上安装有绕组线111。若对图14的由圆所包围的部分进行观察，则磁通量通过各狭缝104之间的磁路而到达一个齿部110。从该状态起，若转子铁心101向逆时针方向稍微转动，则会形成图15的磁通量分布，若对圆所包围的部分进行观察，则磁通量是以从各狭缝104之间的磁路向相同的齿部110集束的方式而到达该齿部110。即，当对在图14的旋转位置处与绕组线111的磁场链接的磁通量数、及在图15的旋转位置处与绕组线111的磁场链接的磁通量数进行比较时，两者的差小。结果，在感应电压(induced voltage)中产生大量的波纹。

作为使该波纹减少的对策，考虑如下的内容：如图16所示，将每个永久磁铁103的狭缝104的数量例如增加至14个，借此来使各狭缝4彼此之间的磁路变窄，从而使通过该磁路的磁通量数减少。但是，在此情况下，各狭缝104的内周侧端部的磁路在永久磁铁103的两端部侧极端地变窄，因此，转子铁心101中的磁通量分布无法保持半正弦波的形状，难以对波纹加以改善。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而成的发明，目的在于提供一种永磁电动机、密闭式压缩机以及制冷循环装置，该永磁电动机可确保通过设置多个狭缝而产生的使转矩增大的效果，同时可将绕组线的感应电压维持为波纹少的正弦波状，从而确实地使振动以及噪音减少。

本发明的永磁电动机包括：安装有绕组线的定子；在中心部穿通有旋转轴的转子；在包围该转子的所述旋转轴的位置形成的多个磁铁收容孔；收容于这些磁铁收容孔的多个永久磁铁；以及多个狭缝，具有沿着所述转子的直径方向的细长形状，并在所述转子的所述各磁铁收容孔的外侧，沿着所述转子的圆周方向而依序形成。而且，所述各狭缝的内周侧端部与所述各磁铁收容孔的间隔设定得小，并且所述各狭缝的外周侧端部与所述转子的外周缘的间隔设定得小。此外，当沿着所述转子的圆周方向的所述各永久磁铁的宽度为W，与每个所述永久磁铁相对应的所述各狭缝的数量为n，且所述各永久磁铁的宽度W由0°～180°的电角来表示时，相对于所述各永久磁铁的各个的所述各狭缝的外周侧端部位于电角θ1、θ2、...θn的位置，当与所述0°～180°的电角相同的半正弦波的波形面积为S，且与该半正弦波中的所述电角θ1、θ2、...θn的相互间隔Δθ相对应的区域的波形面积为S1、S2、...Sn时，根据Wn/W＝Sn/S的条件来对各狭缝的内周侧端部的相互间隔Wn进行设定。

另外，本发明的密闭式压缩机在密闭外壳(case)内，收纳有所述永磁电动机、以及借由该永磁电动机来驱动的压缩机构部。

而且，本发明的制冷循环装置包括：所述密闭式压缩机、冷凝器、膨胀装置、以及蒸发器。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是表示各实施方式的制冷循环装置的构成及搭载于该制冷循环装置的密闭式压缩机的内部的构成的图。

图2是表示各实施方式的相绕组线以及驱动电路的方块图。

图3是表示各实施方式的永磁电动机的转子的构成的图。

图4是放大地表示图3中的各狭缝的构成的图。

图5是表示如下的对应关系的图，该对应关系是表示第一实施方式的永久磁铁的宽度的电角0°～180°与表示各狭缝的外周侧端部的位置的电角θ1、θ2、...θn的对应关系。

图6是表示第二实施方式的永磁电动机的转子的构成的图。

图7是表示第二实施方式的感应电压的波形的图。

图8是表示如下的对应关系的图，该对应关系是表示第三实施方式的永久磁铁的宽度的电角0°～180°与表示各狭缝的外周侧端部的位置的电角θ1、θ2、...θn的对应关系。

图9是表示第三实施方式的定子与转子的构成的图。

图10是表示以往的永磁电动机的转子的构成的图。

图11是放大地表示图10中的各狭缝的构成的图。

图12是表示如下的对应关系的图，该对应关系是表示图10中的永久磁铁的宽度的电角0°～180°与表示各狭缝的内周侧端部的位置的电角P1、P2、...Pn的对应关系。

图13是表示图10中的感应电压的波形的图。

图14是表示图10的转子及定子中的磁通量分布的图。

图15是表示随着转子的少许旋转，图14的磁通量分布如何发生变化的图。

图16是表示以往的永磁电动机的其他转子的构成的图。

具体实施方式

[1]以下，参照附图来对本发明的第一实施方式进行说明。

图1表示空调或冰箱等的制冷循环装置的构成及搭载于该制冷循环装置的密闭式压缩机的内部的构成。密闭式压缩机1由金属制的密闭外壳1a所覆盖着。在该密闭外壳1a的下部安装有两个吸入口2a、2b，在该密闭外壳1a的上部安装有一根喷出管3。冷凝器31的一端经由高压侧配管而连接于该喷出管3，蒸发器33的一端经由膨胀装置例如膨胀阀32而连接于该冷凝器31的另一端。而且，蒸发器33的另一端经由蓄压器(accumulator)34及两根吸入管35而连接于所述吸入口2a、2b。

在密闭外壳1a的内部，上下分开地收容着永磁电动机10以及压缩机构部20。

永磁电动机10包括：筒状的定子11，设置成与密闭外壳1a的内周面接触；以及转子12，可旋转地设置于所述定子11的内侧。在该转子12的中心部插通着旋转轴(也称为轴(shaft))13，该旋转轴13向下方的压缩机构部20延伸。

压缩机构部20包括：两个压缩室21a、21b，分别与所述吸入口2a、2b连通；以及辊(roller)22a、22b，在所述压缩室21a、21b内因所述旋转轴13的旋转而进行偏心旋转，借由辊22a、22b的偏心旋转来将压缩室21a、21b内的气体(gas)冷媒(refrigerant)予以压缩并喷出至密闭外壳1a内。所喷出的气体冷媒通过喷出管3而流向冷凝器31。

如图2所示，在所述永磁电动机10的定子上，安装有在中性点C处呈星形结线的三条相绕组线Lu、Lv、Lw。而且，在这些相绕组线Lu、Lv、Lw上连接着包括顺序转换部41及开关(switching)电路42的反相器(inverter circuit)电路。顺序转换部41将商用交流电源40的交流电压转换成直流电压。开关电路42设置着3相份的一对开关元件的串联电路，该开关电路42包括用作U相的开关元件U+、U-的串联电路、用作V相的开关元件V+、V-的串联电路、以及用作W相的开关元件W+、W-的串联电路，将从顺序转换部41输出的直流电压转换成三相交流电压。

相绕组线Lu的非结线端连接于所述开关电路42的开关元件U+、U-的相互连接点，相绕组线Lv的非结线端连接于开关元件V+、V-的相互连接点，相绕组线Lw的非结线端连接于开关元件W+、W-的相互连接点，并且控制部43连接于各开关元件的基极(base)。

控制部43依序对两相通电进行切换，即，将开关电路42中的一个相的其中一个开关元件予以接通(on)并将另一个开关元件予以断开(off)，同时将另一个相的其中一个开关元件予以断开并将另一个开关元件予以接通，借此来使电流依序在相绕组线Lu、Lv、Lw的两条相绕组线中流动。在进行该两相通电的切换时，在非通电状态的相绕组线中发生感应电压，该感应电压导入至位置检测部44。该位置检测部44根据所导入的感应电压来对转子12的旋转位置进行检测。该检测结果供给至控制部43。该控制部43根据位置检测部44的检测结果，来对相对于开关电路42的各开关元件的接通时机(timing)、断开时机进行控制。

另一方面，如图3所示，永磁电动机10的转子12包括：将圆形的多块钢板加以堆叠而成的转子铁心51、形成于该转子铁心51的中心部的旋转轴插通孔51a、以及在包围该旋转轴插通孔51a的大致正方形的四条边的位置分别形成的直线状的磁铁收容孔52。各磁铁收容孔52具有沿着旋转轴插通孔51a来将转子铁心51予以贯通的深度形状。在这些磁铁收容孔52中收容着具有与细长方向的宽度大致相同的长度的板状的永久磁铁53，借由这些永久磁铁53的磁场与定子侧的绕组线所产生的磁场的相互作用，使转子铁心51旋转。而且，在转子铁心51中的各磁铁收容孔52的外侧位置，且沿着转子铁心51的圆周方向而依序形成有多个狭缝54。

各狭缝54具有沿着转子铁心51的直径方向的细长形状，并且具有沿着旋转轴插通孔51a来将转子铁心予以贯通的深度形状，在与永久磁铁53的各个相对应的位置分别设置有12个狭缝54。

另外，如将一部分予以放大的图4所示，对于各狭缝54而言，转子铁心51的直径方向的内周侧端部与磁铁收容孔52的间隔被设定得小，并且转子铁心51的直径方向的外周侧端部与转子铁心51的外周缘的间隔被设定得小。根据这些设定，各狭缝54彼此之间的部分被确保为磁路，永久磁铁53的磁通量会效率良好地通过该磁路。

当由0°～180°的电角来表示相对应的永久磁铁53的宽度W时，各狭缝54的外周侧端部的位置设定为电角θ1、θ2、...θ12的位置。该位置θ1、θ2、...θ12的相互间隔Δθ为均等的12°，但该相互间隔Δθ并不一定必须均等。

特别是各狭缝54的内周侧端部的相互间隔Wn被设定成从永久磁铁53的宽度的中央部向两侧部，按照W1、W2、W3、W4、W5、W6(W1＞W2＞W3＞W4＞W5＞W6)逐渐变小的状态。W7表示与永久磁铁53的两侧部分别对应的狭缝54的内周侧端部与永久磁铁53的两侧部的间隔。

当对该相互间隔Wn进行设定时，满足如下的条件。

即，当永久磁铁53的宽度为W，与每个永久磁铁53相对应的各狭缝54的数量为n，且永久磁铁53的宽度W由0°～180°的电角来表示时，相对于各个永久磁铁53的各狭缝54的外周侧端部位于电角θ1、θ2、...θn(＝θ1、θ2、...θ12)的位置，当与该0°～180°的电角相同的图5所示的半正弦波的波形面积为S，且与该半正弦波中的电角θ1、θ2、...θn的相互间隔Δθ相对应的区域的波形面积为Sn(＝S1、S2、...S12)时，根据Wn/W＝Sn/S的条件来对各狭缝53的内周侧端部的相互间隔Wn(＝W1、W2、W3、W4、W5、W6)进行设定。

如此，配合与各狭缝54的外周侧端部的位置θ1、θ2、...θn相对应的半正弦波的面积的比例，对各狭缝53的内周侧端部的相互间隔Wn进行分配，借此，无论以何种方式来对各狭缝54的外周侧端部的位置θ1、θ2、...θn及其相互间隔Δθ进行设定，也可将转子铁心51中的磁通量分布维持为半正弦波。

因此，可确保通过设置各狭缝54而产生的使转矩增大的效果，同时可将流向相绕组线的感应电压维持为波纹少的正弦波状。借此，可确实地使振动以及噪音减少。

[2]对第二实施方式进行说明。

如图6所示，在与各个永久磁铁53相对应的位置形成有14个狭缝54。当由0°～180°的电角来表示相对应的永久磁铁53的宽度W时，所述狭缝54的外周侧端部的位置设定为电角θ1、θ2、...θ14的位置。以如下的方式来对该位置θ1、θ2、...θ14的相互间隔Δθ进行设定，即，两端部的相互间隔Δθ设定为14°从该两段部向中央部及中央部附近，相互间隔Δθ按照12°、10°、8°而逐渐变小。

其他构成以及作用与第一实施方式相同。由此省略说明。

在此情况下，如图7所示，流向相绕组线的感应电压成为波纹少的正弦波状。

[3]对第三实施方式进行说明。

在该实施方式中，当由0°～180°的电角来表示永久磁铁53的宽度W时，相对于各个永久磁铁53的各狭缝54的外周侧端部被设定在比所述0°～180°的电角更狭窄的范围内的电角θ1、θ2、...θn(＝θ1、θ2、...θ12)的位置。在图8中，由实线表示了与比0°～180°的电角更窄的范围的电角θ1～θn相对应的半正弦波。

其他构成以及作用与第一实施方式相同。由此省略说明。

借由设为如上所述的构成，如图9所示，当定子11的齿部11a的前端的宽度比转子12的各永久磁铁53的宽度W更小时，可使流向相绕组线Lu、Lv、Lw的感应电压成为波纹少的正弦波状。

在图9所示的4极集中缠绕的定子11的情况下，作为比与永久磁铁53的宽度W相对应的0°～180°的电角更狭窄的范围的电角θ1～θn，10°～170°的电角或20°～160°的电角最佳。

[4]变形例

再者，在所述各实施方式中，关于狭缝54的个数，举例说明了对于每个永久磁铁53分别设置12个或14个狭缝54的情况，但该狭缝54的个数并无限定，可根据转子铁心51的大小等来适当地进行设定。

此外，本发明并不限定于所述各实施方式，在实施阶段，可在不脱离本发明的主旨的范围内，将构成要素加以变形并予以具体化。另外，可借由将所述各实施方式所公开的多个构成要素适当地加以组合来形成各种发明。也可从各实施方式所示的全部的构成要素中删除若干个构成要素。

【产业上的可利用性】

本发明的永磁电动机例如可利用于空调等的密闭式压缩机及制冷循环装置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种永磁电动机，其特征在于包括：

安装有绕组线的定子；

在中心部穿通有旋转轴的转子；

在包围所述转子的所述旋转轴的位置形成的多个磁铁收容孔；

收容于所述磁铁收容孔的多个永久磁铁；以及

多个狭缝，具有沿着所述转子的直径方向的细长形状，并在所述转子的所述各磁铁收容孔的外侧，沿着所述转子的圆周方向而依序形成，

所述各狭缝的内周侧端部与所述各磁铁收容孔的间隔设定得小，并且所述各狭缝的外周侧端部与所述转子的外周缘的间隔设定得小，

当沿着所述转子的圆周方向的所述各永久磁铁的宽度为W，与每个所述永久磁铁相对应的所述各狭缝的数量为n，且所述各永久磁铁的宽度W由0°～180°的电角来表示时，相对于所述各永久磁铁的各个的所述各狭缝的外周侧端部位于电角θ1、θ2、...θn的位置，当与所述0°～180°的电角相同的半正弦波的波形面积为S，且与该半正弦波中的所述电角θ1、θ2、...θn的相互间隔Δθ相对应的区域的波形面积为Sn时，根据Wn/W＝Sn/S的条件来对各狭缝的内周侧端部的相互间隔Wn进行设定。

2.根据权利要求1所述的永磁电动机，其中

所述电角θ1、θ2、...θn的相互间隔Δθ从所述各永久磁铁的宽度W的两端部向中央部逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的永磁电动机，其中

所述定子包括用以集中地缠绕绕组线的多个齿部，

所述电角θ1、θ2、...θn被设定在比所述0°～180°的电角更窄的电角的范围内。

4.根据权利要求1所述的永磁电动机，其中

三相正弦波的交流电压施加于所述定子的绕组线。

5.一种密闭式压缩机，其特征在于：

在密闭外壳内收纳有如权利要求1至4中任一项所述的永磁电动机、以及借由所述永磁电动机来驱动的压缩机构部。

6.一种制冷循环装置，其特征在于包括：

如权利要求5所述的密闭式压缩机、冷凝器、膨胀装置、以及蒸发器。

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